(57)【要約】【課題】  水を貯えるタンク本体の周囲や内部に液体通路を設け、この液体通路に解凍用の熱媒体を流して解凍を行うようにした燃料電池発電システム用貯水タンクでは、解凍開始からしばらく経つと、液体通路とタンク本体内部とを仕切る壁に接していた氷が離れるため、解凍性が悪くなる。【解決手段】  水を貯えるタンク本体１１と、このタンク本体１１内において略水平にて配置され、凍結した水の解凍を促進する平面状の電気ヒータ２０とを備えたことを特徴とする。【選択図】      図３
2005222800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電システムに用いられる貯水タンク（１０）であって、
水を貯えるタンク本体（１１）と、
このタンク本体（１１）内において略水平に配置され、凍結した水の解凍を促進する平面状の電気ヒータ（２０）と、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項２】
電気ヒータ（２０）が平板状のものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項３】
電気ヒータ（２０）が複数本の細長い発熱体（２０ａ）を同一平面内に配置して成るものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項４】
複数の電気ヒータ（２０）が上下方向に間隔をおいて設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項５】
最上位の電気ヒータ（２０）がタンク本体（１１）内の水に浮くフロート（２１）に取り付けられたことを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項６】
タンク本体（１１）内の水が凍結により膨張して体積が所定範囲を超えたのを検知する検知手段（２２）と、タンク本体（１１）内の水の体積が所定範囲を超えたときに各電気ヒータ（２０）に通電する駆動装置（２３）と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項７】
検知手段（２２）は、タンク本体（１１）内の水に浮くフロート（２１）に取り付けられ、その上方の固定物に当接して作動するリミットスイッチであることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項８】
検知手段（２２）は、タンク本体（１１）内の水に浮くフロート（２１）に取り付けられ、その上方の固定物との距離を検知する非接触式の距離センサであることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【請求項９】
少なくともタンク本体（１１）の周囲に設けられ、凝固点が水以下の液熱媒が導入されるか又は封入されたジャケット（１７）を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項記載の燃料電池発電システム用貯水タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電システムに用いられる貯水タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムでは、燃料電池スタックに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿するために水が不可欠であり、水を貯えるタンクが備えられている。
【０００３】
このような貯水タンクが寒冷地等の低温環境下に置かれると、水の凍結が生じることがある。凍結した水の解凍には非常に時間がかかり、燃料電池自動車では走り出すまでに時間がかかると共に電力や水素の消費量が多くなるという難点がある。
【０００４】
そこで、貯水タンクの周囲や内部に液体通路を設け、この液体通路に解凍用の液熱媒を流して解凍を行うようにした技術が提案されている。
【０００５】
このような従来技術では、液体通路とタンク本体内部とを仕切る壁に氷が接しているときには解凍性が良好であるが、解凍開始からしばらく経って氷が浮く状態になると、氷が前記壁から離れるため、解凍性が悪くなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、水を貯えるタンク本体の周囲や内部に液体通路を設け、この液体通路に解凍用の熱媒体を流して解凍を行うようにした燃料電池発電システム用貯水タンクでは、解凍開始からしばらく経つと、液体通路とタンク本体内部とを仕切る壁に接していた氷が離れるため、解凍性が悪くなる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池発電システム用貯水タンク１０は、水を貯えるタンク本体１１と、このタンク本体１１内において略水平に配置され、凍結した水の解凍を促進する平面状の電気ヒータ２０と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池発電システム用貯水タンクは、タンク本体１１内に平面状の電気ヒータ２０を略水平に配置したことにより、氷がタンク本体１１の内壁面から離れて浮上しても電気ヒータ２０に当接するため、解凍性が損なわれることがなく、短時間で解凍を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の貯水タンクを備えた燃料電池発電システムの概略を示している。
【００１０】
図１において、燃料電池スタック１１０は、燃料ガスとして圧縮水素タンク１２０より水素が導入される燃料極１１１と、酸化剤ガスとして外部から取り入れた空気が導入される空気極１１２とを備え、これら燃料極１１１に導入された水素と空気極１１２に導入された空気中の酸素とを、図外の電解質膜を介して反応させることにより発電させる。
【００１１】
燃料電池スタック１１０に供給される前記水素及び空気は、発電作用の活性化及び電解質膜の劣化防止のため加湿器１３０で加湿され、この加湿器１３０には貯水タンク１０に貯留された純水が供給される。
【００１２】
前記水素と空気の加湿に供された水は、燃料電池スタック１１０の排気系より、これら水素と空気中の酸素との反応により生成した水と共に前記貯水タンク１０に回収される。
【００１３】
また、前記燃料電池スタック１１０では、発電時に発熱するため、この燃料電池スタック１１０にラジエータ１４０より冷却液を循環させて、該燃料電池スタック１１０を冷却するようにしている。
【００１４】
ラジエータ１４０と燃料電池スタック１１０とを循環する冷却液としては不凍液が用いられる。本実施形態では前記貯水タンク１０に設けられた後述するジャケット１７に液熱媒を循環させる場合には、液熱媒としてこの不凍液が用いられ、燃料電池スタック１１０とラジエータ１４０とを結ぶ冷却液経路１４１にこのジャケット１７を介装している。
【００１５】
また、この冷却液経路１４１の燃料電池スタック１１０とジャケット１７との間には加熱装置１４２が設けられ、必要なときには冷却液を加熱することができるようになっている。この加熱装置１４２としては、電気ヒータや、燃料電池スタック１１０からの排水素を燃焼した熱を利用することができる。
【００１６】
なお、図１中、細い実線αは空気の流通経路、一点鎖線βは水素の流通経路、破線γは不凍液の流通経路、太い実線δは加湿用の水の流通経路を示す。
【実施例１】
【００１７】
図２乃至図４は本発明の貯水タンク１０の第１実施例を示しており、水を貯留するタンク本体１１は、底壁１２と、その周縁部から上方に向けて形成された周側壁１３と、その上面を覆う上壁１４とで方形に形成してある。
【００１８】
上壁１４は周側壁１３の上縁フランジ１３ａ上にボルト、ナット等の締結手段によって締結固定されるもので、図２ではこの上壁１４を取り外した状態を示している。
【００１９】
タンク本体１１はイオン発生の少ないステンレス鋼材やアルミニウムに表面コートを施したもの等で形成されており、本実施形態では、タンク本体１１内を底壁１２側から上面側に向けて末広がりのテーパ状に形成してある。
【００２０】
水導入パイプ１５と水導出パイプ１６は上壁１４を貫通して設けてあり、水導出パイプ１６はその下端を底壁１２の近傍まで延出してある。
【００２１】
そして、タンク本体１１の底壁１２から周側壁１３に亘って、内部に前記不凍液が導入されるジャケット１７が形成してある。
【００２２】
このジャケット１７は、タンク本体１１の底壁１２及び周側壁１３と、これらの外側を覆う外壁１８との間に形成されており、底部ジャケット１７ａと側部ジャケット１７ｂとから成っている。
【００２３】
側部ジャケット１７ａには、外部から不凍液を導入するための入口管１９Ａと、不凍液を外部に導出するための出口管１９Ｂとが連通接続されている。
【００２４】
ジャケット１７は入口管１９Ａ及び出口管１９Ｂを介して図１に示した冷却液経路１４１に連通接続されていて、燃料電池スタック１１０からラジエータ１４０へ帰還する不凍液が導入及び導出されるようになっている。
【００２５】
ジャケット１７に導入される不凍液は、凝固点が水以下のもので、例えばエチレングリコールが用いられる。また、側部ジャケット１７ｂは、内部に封入された不凍液の液位が、タンク本体１１内の水の凍結時の上面高さ位置よりも高くなるように設定してある。
【００２６】
この貯水タンク１０を搭載した車両を寒冷地等の低温環境下で長時間停車する場合には、図示しないポンプを駆動し、ジャケット１７に前記不凍液を循環させる。
【００２７】
これにより、タンク本体１１が水の凝固点以下に冷却されたとしても、ジャケット１７内の不凍液が自然対流によって下側が凝固点以下の温度となり、上方に向かうにしたがって温度が高くなるため、水に与える温度が高くなる。
【００２８】
よってタンク本体１１内の水の凍結が底壁１２側から上方に向けて促進され、氷塊の成長が底壁１２側から周側壁１３に沿って次第に水液面側へと進行して全体的に凍結するようになる。
【００２９】
その結果、凍結によって水の体積が膨張しても、膨張体積がタンク本体１１内の上部空間で許容されるため、タンク本体１１が変形するのを防止することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、ジャケットに外部から液熱媒が導入されるようにしているが、ジャケットは液熱媒が封入された構造のものとしてもよい。また、ジャケットはタンク本体の周囲にのみ設けるようにしてもよい。
【００３１】
そして、本発明では、タンク本体１１内に、凍結した水の解凍を促進するために、複数の平面状の電気ヒータ２０が略水平かつ上下方向に間隔をおいて設けられている。
【００３２】
これらの電気ヒータ２０は方形の平板状のもので、底壁１２と相似形状で、底壁１２よりもやや小さく形成されている。
【００３３】
最上位の電気ヒータ２０は水導出パイプ１６に摺動自在に取り付けられ、その他の電気ヒータ２０は水導出パイプ１６又はタンク周側壁１３に固定されている。
【００３４】
なお、最上位の電気ヒータ２０はタンク本体１１内に収容された水Ｗに浮くフロート２１に取り付けられている。
【００３５】
したがって、最上位の電気ヒータ２０は、タンク本体１１内の水Ｗの水位の変化にしたがって上下方向に移動し、常に水Ｗの水面に位置することになる。このようにすることで、水面に浮上した氷を確実に解凍することができる。
【００３６】
図示しないが、各電気ヒータ２０には電線を介して駆動装置が接続されており、解凍を行う際には、駆動装置が各電気ヒータ２０に通電して各電気ヒータ２０が発熱するようになっている。
【００３７】
このような構成によれば、解凍開始からしばらく経って氷がタンク本体１１の底壁１２や周側壁１３の内壁面から離れて浮上しても電気ヒータ２０に当接することになる。したがって、解凍性が損なわれることがなく、短時間で解凍を行うことができる。特に本実施例では電気ヒータ２０を複数個設けているため、電気ヒータ２０が一個の場合よりも解凍時間をより短くすることができる。
【実施例２】
【００３８】
次に本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。なお、以下の各実施例において第１実施例と同一又は類似の部分には同一符号を用いており、重複する説明は省略してある。
【００３９】
本実施例では、各電気ヒータ２０が、複数本の断面円形の線状の発熱体２０ａを同一平面内に平行に配置することにより形成されており、通電すると各発熱体２０ａの両端に電圧が印加されて発熱するようになっている。なお、発熱体２０ａの断面形状は円形以外のものであってもよい。
【実施例３】
【００４０】
次に本発明の第３実施例を図５に基づいて説明する。本実施例では、フロート２１に検知手段としてのリミットスイッチ２２が取り付けられており、水Ｗが凍結により体積が上方に膨張するとリミットスイッチ２２が上蓋１４に当接してＯＮとなる。この信号は、電気回路やマイクロコンピュータ等を含む駆動装置２３に入力され、駆動装置２３は各電気ヒータ２０に通電して解凍を開始する。
【００４１】
このように、水Ｗの体積が所定範囲を超えると自動的に解凍が開始するようにしたことで、水Ｗの体積膨張により貯水タンク１０が破損するのを確実に防止することができる。なお、リミットスイッチ２２の代わりに非接触式の距離センサを使用し、上蓋１４等の固定物との距離が所定値以下になると各電気ヒータ２０に通電するようにしてもよい。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の貯水タンクを用いた燃料電池発電システムの概略構成図である。
【図２】第１実施例の平面図である。
【図３】第１実施例の縦断面図である。
【図４】第２実施例の縦断面図である。
【図５】第３実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    貯水タンク
１１    タンク本体
１２    底壁
１３    周側壁
１４    上壁
１５    水導入パイプ
１６    水導出パイプ
１７    ジャケット
１８    外壁
１９Ａ  入口管
１９Ｂ  出口管
２０    電気ヒータ
２１    フロート
２２    リミットスイッチ（検知手段）
２３    駆動装置
１１０  燃料電池スタック
１１１  燃料極
１１２  空気極
１３０  加湿器
１４０  ラジエータ
１４１  冷却液経路
１４２  加熱装置
【図１】
2005222800.tif 000003
【図２】
2005222800.tif 000004
【図３】
2005222800.tif 000005
【図４】
2005222800.tif 000006
【図５】
2005222800.tif 000007